Контактного нагружения

2.5.4. Метод контактного импеданса ............................. 327

Методы, основанные на применении изгибных волн и контактного импеданса, используют сухой точечный контакт (СТК) преобразователя с ОК. Такой же контакт имеет место и в некоторых других приборах, например в эходефектоскопах и толщиномерах для контроля бетона, а также в описанных в разд. 2.4.3 МСК-дефектоскопах. Во всех этих случаях свойства СТК в значительной степени определяют эксплуатационные возможности аппаратуры.

В преобразователях УЗ-твердомеров, основанных на методе контактного импеданса, в качестве инденторов служат алмазные призмы. Это обусловлено не только соображениями высокой износостойкости, но и необходимостью получения максимального модуля Юнга индентора (из всех известных материалов алмаз обладает наибольшим значением Е ~ 1000 ГПа).

2.5.4, Метод контактного импеданса

Развитие этого принципа измерения в нашей стране состоит в использовании изгибных и крутильных колебаний. В атомной энергетике метод контактного импеданса используют для измерений длительной твердости, ползучести, упругих постоянных и анизотропии при высоких температурах и радиации (см. разд. 7.18).

Важными преимуществами метода контактного импеданса перед классическими способами измерения твердости являются:

Применение метода контактного импеданса для измерения твердости и контроля других физико-механических свойств материалов см. в разд. 7.6 и 7.18.

Акустические способы измерения твердости основаны на методе контактного импеданса и корреляции твердости со скоростью распространения упругих волн, измеряемой методами отражения, прохождения или интегральным методом собственных колебаний.

Метод контактного импеданса получил очень широкое распространение. Этому способствовали его простота, портативность применяемой аппаратуры, оперативность и возможность проводить измерения на деталях сложной формы (шестернях, пружинах, резьбах и т.п.) и в труднодоступных местах.

Принцип работы ультразвукового твердомера - прибора, основанного на методе контактного импеданса, описан в разд. 2.5.4. Следует учитывать, что на эквивалентной схеме (см. рис. 2.136) механические импедансы контактной гибкости (Хк = 1//озКк) и OK (Z„) соединены параллельно. Поэтому для обеспечения достаточной точности измерений необходимо выполнение условия ZH » \ХК\. Для увеличения значения ZH OK небольших размеров крепят к массивным предметам (например, зажимают в тиски), а для уменьшения \ХК\ применяют более высокие частоты (30... 80 кГц).

Ведущее положение в разработке и производстве ультразвуковых твердомеров занимает германская фирма Kraut-kramer. Характеристики типовых приборов этого типа рассмотрены в разд. 2.5.4. Применение ультразвукового метода контактного импеданса в ядерной энергетике рассмотрено в разд. 7.18.

Рис. 75. Изохромы (наибольшие касательные, напряжения в зоне контактного нагружения цилиндра)

Главное значение для усталостной прочности в условиях контактного нагружения имеет твердость поверхностного слоя (рис. 218). Процесс усталостного разрушения при контактном

Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей тел качения и дорожек качения колец в виде раковин или отслаивания (шелушения) вследствие циклического контактного нагружения. Усталостное выкрашивание является основным видом разрушения подшипников, обычно наблюдается после длительной работы и сопровождается стуком и вибрациями.

Существенное влияние на особенности разрушения материалов с покрытиями и на характеристики контактной усталости оказывают условия деформирования, толщина покрытий и другие факторы. Для электролитических покрытий, по данным В. С. Калмуцкого/количество таких факторов достигает 15. Для газотермических покрытий их, вероятно, значительно больше. В. С. Калмуцкий предлагает решать задачу повышения контактной прочности металлов с покрытиями с учетом вероятностно-статистического характера реальных условий получения и нагружения покрытий [53, 54, 75, 76]. Оптимизация условий формирования и последующих обработок некоторых электролитических покрытий позволила повысить ресурс покрытий при контактном нагружении на 15—20%. Работоспособность деталей с покрытиями оценивалась по вероятности разрушения композиции «сталь — покрытие» или покрытия при Заданном уровне контактного нагружения.

Независимо от условий фрикционно-контактного нагружения периодический характер изменения структуры свидетельствует о том, что разрушение происходит в результате многократного воз-

Работоспособность деталей во многом зависит от состояния поверхностных слоев. Требования к их качеству непрерывно возрастают по мере интенсификации режимов работы деталей. Еще недавно качество поверхностных слоев характеризовалось в основном твердостью и шероховатостью. Теперь часто необходимо создавать в поверхностных слоях остаточные напряжения определенного знака, не допускать образования отпущенных участков. Установлено, что прижоги при шлифовании снижают предел выносливости на изгиб на 25—30%, а шлифовочные трещины — до трех раз. Обезуглероживание и снижение твердости всего на 5 единиц HRC может уменьшить долговечность зубчатых колес до выкрашивания зубьев в 2—3 раза. Для деталей, работающих в условиях контактного нагружения, большое значение имеет отсутствие в поверхностных слоях остаточного аустенита, а также цементитной сетки.

27/Основные виды контактного нагружения

Главное значение для усталостной прочности в условиях контактного нагружения имеет твердость поверхностного слоя (рис. 218). Процесс усталостного разрушения при контактном

Хромомарганцевые стали со структурой мета-стабильного аустенита, работающие в интервале температур МН—МД, обладают высокой износостойкостью в условиях динамического контактного нагружения (кавитационного, циклического контактно-ударного). Благодаря низкой энергии дефектов упаковки, в них интенсивно развиваются мартенситные превращения, сопровождающиеся релаксацией напряжений. Их рабочая поверхность упрочняется значительно сильнее, чем хромони-келевых сталей типа 12Х18Н10Т.

Судовые гребные винты работают в сложных условиях контактного нагружения водой. В этих условиях гидроэрозия металла 14

Насосы, перекачивающие кислые и щелочные химические среды, а также пищевые среды, содержащие твердые частицы, работают в еще более тяжелых условиях контактного нагружения. Детали проточной части этих машин изготовляют из коррозионно-стойких материалов. Однако срок их службы в этих агрессивных условиях колеблется от одного года до двух лет.